SNx5DPHY440SS：MIPI? CSI - 2/DSI DPHY重定時器的深度解析

在電子設(shè)備飛速發(fā)展的今天，高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性愈發(fā)重要。MIPI? CSI - 2/DSI接口在移動設(shè)備、攝像頭等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，而SNx5DPHY440SS作為一款MIPI? CSI - 2/DSI DPHY重定時器，為數(shù)據(jù)傳輸提供了有力保障。今天，我們就來深入探討一下這款器件。

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一、特性亮點

1. 標(biāo)準(zhǔn)兼容性與速率支持

SNx5DPHY440SS符合MIPI? DPHY 1.1規(guī)范，這意味著它能夠很好地融入現(xiàn)有的MIPI生態(tài)系統(tǒng)。在速率方面，它在1.5Gbps速率下最多支持4條通道，CSI - 2/DSI時鐘速率范圍為100MHz至750MHz，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用場景的需求。

2. 低功耗設(shè)計

在關(guān)斷狀態(tài)下，其功耗低于1mW，這對于追求低功耗的移動設(shè)備來說至關(guān)重要。同時，它支持MIPI? DSI雙向LP模式以及ULPS和LP功耗狀態(tài)，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的整體功耗。

3. 信號調(diào)節(jié)能力

該器件具備可調(diào)輸出電壓擺幅、可選TX預(yù)加重電平以及可調(diào)RX EQ等功能?？烧{(diào)輸出電壓擺幅可以根據(jù)實際需求調(diào)整信號的強(qiáng)度，可選TX預(yù)加重電平有助于補(bǔ)償信號在傳輸過程中的衰減，可調(diào)RX EQ則能有效補(bǔ)償ISI損耗，確保信號的質(zhì)量。

4. 其他特性

可配置邊沿速率控制能夠優(yōu)化信號的上升和下降時間，動態(tài)數(shù)據(jù)和時鐘偏移補(bǔ)償則保證了數(shù)據(jù)和時鐘的同步性。此外，它還具備3kV的ESD HBM保護(hù)，能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境中穩(wěn)定工作。在溫度范圍方面，SN65DPHY440SS支持工業(yè)溫度范圍（–40°C至85°C），SN75DPHY440SS支持商用溫度范圍（0°C至70°C），由1.8V單電源供電，使用起來非常方便。

二、應(yīng)用場景

SNx5DPHY440SS的應(yīng)用范圍十分廣泛，主要包括筆記本電腦、掀合式電腦、平板電腦以及攝像頭等設(shè)備。在這些設(shè)備中，它能夠有效改善MIPI? CSI - 2/DSI信號的傳輸質(zhì)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。

三、器件說明

1. 功能概述

DPHY440是一款1至4通道時鐘MIPI? DPHY重定時器，用于重新生成DPHY信令。它符合MIPI? DPHY 1.1標(biāo)準(zhǔn)，可用于數(shù)據(jù)速率高達(dá)1.5Gbps的MIPI? CSI - 2或MIPI? DSI應(yīng)用。該器件能夠補(bǔ)償PCB、連接器和電纜相關(guān)的頻率損耗和開關(guān)相關(guān)損耗，在CSI - 2/DSI源設(shè)備和接收設(shè)備之間提供最佳的DP電氣性能。

2. 輸入輸出特性

DPHY440的DPHY輸入端具有可配置的均衡器，能夠根據(jù)實際情況調(diào)整信號的補(bǔ)償程度。輸出引腳會自動補(bǔ)償在器件輸入端口上接收的時鐘和數(shù)據(jù)間的不一致偏移，確保輸出信號的準(zhǔn)確性。其輸出電壓擺幅和邊沿速率可分別通過更改VSADJ_CFG0引腳和ERC引腳的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，為工程師提供了靈活的配置選項。

3. 低功耗優(yōu)化

DPHY440針對移動應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，在DPHY鏈路接口上裝有活動檢測電路。當(dāng)檢測到ULPS和LP狀態(tài)時，它會切換到低功耗模式，進(jìn)一步降低功耗。

4. 溫度范圍

SN65DPHY440SS可在–40°C至85°C的工業(yè)級溫度范圍內(nèi)運行，SN75DPHY440SS可在0°C至70°C的商業(yè)級溫度范圍內(nèi)運行，能夠適應(yīng)不同的工作環(huán)境。

四、引腳配置與功能

1. 輸入引腳

該器件有多個輸入引腳，如CSI - 2/DSI Lane 0至3的差分正、負(fù)輸入引腳（DA0P、DA0N等）以及CSI - 2/DSI差分時鐘正、負(fù)輸入引腳（DACP、DACN）。這些引腳支持DSI LP Backchannel，若未使用，應(yīng)將其接地。

2. 輸出引腳

輸出引腳包括CSI - 2/DSI Lane 0至3的差分正、負(fù)輸出引腳（DB0P、DB0N等）以及CSI - 2/DSI差分時鐘負(fù)輸出引腳（DBCN）。若未使用，這些引腳應(yīng)保持不連接。

3. 控制引腳

VCC為1.8V（±10%）的電源引腳，VREG_OUT為1.2V的穩(wěn)壓器輸出引腳，需要連接一個0.1μF的電容到地。EQ/SCL引腳用于控制HS RX均衡，ERC/SDA引腳用于控制HS TX邊沿速率。PRE_CFG1引腳控制DPHY TX HS預(yù)加重電平和LP TX上升、下降時間，VSADJ_CFG0引腳控制輸出電壓擺幅和LP TX上升、下降時間。RSTN為復(fù)位引腳，低電平有效，當(dāng)為低電平時，所有內(nèi)部CSR復(fù)位到默認(rèn)值，DPHY440進(jìn)入低功耗狀態(tài)。

五、規(guī)格參數(shù)

1. 絕對最大額定值

包括電源電壓范圍、DPHY Lane I/O差分電壓、RSTN電壓等參數(shù)的最大和最小值。例如，電源電壓范圍VCC為–0.3V至2.175V，最大結(jié)溫TJ為105°C，存儲溫度Tstg為–65°C至150°C。超過這些額定值可能會對器件造成永久性損壞。

2. ESD額定值

人體模型（HBM）為±3000V，帶電設(shè)備模型（CDM）為±1000V，表明該器件具有較好的靜電防護(hù)能力。

3. 推薦工作條件

推薦的VCC電源電壓為1.62V至1.98V，SN65DPHY440SS的工作溫度范圍為–40°C至85°C，SN75DPHY440SS的工作溫度范圍為0°C至70°C。

4. 熱信息

包括結(jié)到環(huán)境的熱阻RθJA、結(jié)到外殼（頂部）的熱阻RθJC(top)等參數(shù)，這些參數(shù)對于散熱設(shè)計非常重要。

5. 電氣特性

涵蓋了電源功耗、輸入輸出電壓、電流等方面的特性。例如，在正常工作時，4數(shù)據(jù)通道 + 時鐘的功耗PACTIVE1 SS為150mW，2數(shù)據(jù)通道 + 時鐘的功耗PACTIVE2 SS為115mW。

6. 時序要求

包括I2C和MIPI DPHY HS接口的各種時序參數(shù)，如I2C的時鐘頻率fCLK為0至100kHz，MIPI DPHY HS接口的傳播延遲tHSPD為4 + 12ns至4 + 40ns UI等。

六、詳細(xì)描述

1. 功能框圖

DPHY440的功能框圖展示了其內(nèi)部的各個模塊，包括輸入輸出模塊、均衡器模塊、動態(tài)去斜模塊等，有助于我們理解其工作原理。

2. 特性描述

（1）HS接收均衡

支持三個級別的接收均衡，分別為0dB、2.5dB和5dB（750MHz時），通過EQ/SCL引腳的狀態(tài)來確定使用的均衡級別，也可通過本地I2C接口寫入RXEQ寄存器進(jìn)行設(shè)置。

（2）HS TX邊沿速率控制

支持控制DB[3:0]P/N和DBCP/N高速（HS）發(fā)射機(jī)的上升和下降時間，通過ERC/SDA引腳的采樣狀態(tài)來確定HS邊沿速率設(shè)置，也可通過本地I2C接口寫入HS_ERC寄存器進(jìn)行調(diào)整。同時，還支持LP接口的邊沿速率控制。

（3）TX電壓擺幅和預(yù)加重控制

提供兩個級別的預(yù)加重（0dB和2.5dB），通過PRE_CFG[1:0]引腳的采樣狀態(tài)來確定TX預(yù)加重設(shè)置，也可通過本地I2C接口寫入HSTX_PRE寄存器進(jìn)行調(diào)整。但該功能僅在HS預(yù)加重位（過渡位）被通道衰減時使用，否則可能會對系統(tǒng)性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

（4）動態(tài)去斜

實現(xiàn)了動態(tài)去斜功能，能夠連續(xù)對DA[3:0]P/N接口上接收到的HS數(shù)據(jù)進(jìn)行去斜處理，并在DB[3:0]P/N接口上提供重新定時的版本。該功能僅在HS模式下啟用，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)從DA到DB有2個時鐘（4 UI）的延遲。

3. 器件功能模式

（1）關(guān)機(jī)模式

通過將RSTN引腳置為低電平，同時保持穩(wěn)定的VCC和VDD電源供應(yīng)，可將DPHY440置于低功耗狀態(tài)。在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，DB[3:0]P/N和DBCP/N引腳被驅(qū)動到LP00狀態(tài)，器件忽略DA[3:0]P/N和DACP/N引腳上的所有活動。當(dāng)RSTN引腳置為高電平時，退出關(guān)機(jī)模式，進(jìn)入LP模式。

（2）LP模式

在該模式下，DPHY440在DA[3:0]P/N和DB[3:0]P/N之間傳遞LP信號，HS接收器和HS發(fā)射機(jī)的內(nèi)部終端被禁用。MIPI DSI規(guī)范定義了主機(jī)和外設(shè)之間的雙向通信，DPHY440僅支持通過通道0（DB0P/N到DA0P/N）進(jìn)行這種通信，其余通道不能用于從外設(shè)到主機(jī)的LP通信。

（3）ULPS模式

DPHY440會持續(xù)監(jiān)測DPHY LP協(xié)議，當(dāng)進(jìn)入ULPS狀態(tài)時，保持LP信令所需的邏輯（LP rx、LPtx、LP狀態(tài)機(jī)等）處于活動狀態(tài)，禁用HS操作所需的所有邏輯，從而實現(xiàn)更低的功耗狀態(tài)。需要注意的是，ULPS模式只能從LP模式進(jìn)入。

（4）HS模式

當(dāng)LP狀態(tài)機(jī)檢測到所需的LP信號序列時，進(jìn)入HS模式。在該模式下，HS接收器和HS發(fā)射機(jī)的內(nèi)部終端啟用，動態(tài)去斜功能也被啟用。

4. 寄存器映射

DPHY440的本地I2C接口在RSTN輸入為高電平時啟用，支持在超低功耗狀態(tài)（ULPS）下訪問CSR寄存器。EQ/SCL和ERC/SDA端子分別用于I2C時鐘和I2C數(shù)據(jù)，I2C接口符合I2C總線規(guī)范2.1版本，支持最高100kHz的速率。器件地址字節(jié)為控制器設(shè)備發(fā)送START條件后接收到的第一個字節(jié)，7位器件地址為1101100。通過特定的讀寫操作流程，可以對DPHY440的I2C寄存器進(jìn)行讀寫操作。

七、應(yīng)用與實現(xiàn)

1. 應(yīng)用信息

DPHY440支持最多4個DSI DPHY通道和一個時鐘通道，其中通道0用于GPU和DSI面板之間的反向通道通信，因此DPHY440的通道0必須始終連接到GPU和面板的通道0。對于所有DSI實現(xiàn)，必須保持DSI源和DSI接收器之間的極性一致，DPHY440不支持極性反轉(zhuǎn)。

2. 典型應(yīng)用 - CSI - 2實現(xiàn)

DPHY440支持4個CSI - 2 DPHY通道加一個時鐘通道，與DSI不同，CSI - 2沒有反向通道路徑，因此對通道順序沒有要求，有更多的組合可以實現(xiàn)。對于所有CSI - 2實現(xiàn)，同樣需要保持CSI - 2源和CSI - 2接收器之間的極性一致。

3. 設(shè)計要求

在CSI - 2應(yīng)用中，從相機(jī)（源）到DPHY440設(shè)備的系統(tǒng)走線長度通常與從DPHY440到APU（接收器）的走線長度不同，因此需要在器件的接收器和發(fā)射機(jī)側(cè)分別設(shè)置不同的預(yù)加重和均衡設(shè)置。

4. 詳細(xì)設(shè)計過程

根據(jù)源（相機(jī)）和DPHY440之間以及DPHY440和接收器（APU）之間的板級走線長度，配置DPHY440的VSADJ、PRE、EQ和ERC配置引腳。實際的配置設(shè)置可能會因板級布局、信號路徑中使用的連接器等因素而有所不同。

5. 復(fù)位實現(xiàn)

DPHY440的RSTN輸入用于控制設(shè)備復(fù)位并將設(shè)備置于低功耗模式。在VCC電源穩(wěn)定后，必須對DPHY440的數(shù)字邏輯進(jìn)行復(fù)位，可通過將RSTN輸入從低電平轉(zhuǎn)換為高電平來實現(xiàn)?？梢酝ㄟ^系統(tǒng)提供的控制信號或連接外部電容來延遲RSTN信號在電源上電時的變化。

6. 應(yīng)用曲線

應(yīng)用曲線展示了不同頻率下的損耗特性，有助于我們了解信號在傳輸過程中的損耗情況，從而合理設(shè)置EQ等參數(shù)。

7. 電源供應(yīng)建議

德州儀器建議在每個電源引腳上使用0.1μF的電容，以確保電源的穩(wěn)定性。

8. 布局

（1）布局指南

DAxP/N和DB*P/N對應(yīng)采用受控的100 - Ω差分阻抗（±15%）或50 - Ω單端阻抗（±15%）進(jìn)行布線，盡量遠(yuǎn)離其他高速信號，保持走線長度相差在5mils以內(nèi)，長度匹配應(yīng)盡量靠近不匹配的位置。每對走線之間應(yīng)至少間隔3倍的信號走線寬度，差分走線中的彎曲應(yīng)盡量減少，彎曲時左右彎曲的數(shù)量應(yīng)盡量相等，彎曲角度應(yīng)≥135度。所有差分對應(yīng)在同一層布線，盡量減少過孔數(shù)量，建議過孔數(shù)量不超過2個，走線應(yīng)靠近接地平面，避免差分對跨越任何平面分割。如果使用測試點，應(yīng)將其串聯(lián)且對稱放置，避免在差分對上形成短截線。

（2）布局示例

給出了一個布局示例，直觀地展示了如何進(jìn)行合理的布局，幫助工程師更好地進(jìn)行實際設(shè)計。

八、總結(jié)

SNx5DPHY440SS作為一款優(yōu)秀的MIPI? CSI - 2/DSI DPHY重定時器，具有豐富的特性和廣泛的應(yīng)用場景。在設(shè)計過程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理配置其引腳和寄存器，同時注意電源供應(yīng)、布局等方面的問題，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。希望本文能夠為廣大電子工程師在使用SNx5DPHY440SS進(jìn)行設(shè)計時提供一些參考和幫助。大家在實際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)留言討論。